Thermodynamik zum Anfassen

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      Thermodynamik zum Anfassen

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      Wissen ist Macht

      Ein bißchen Thermodynamik für Normalsterbliche

      Wer meint, das Nachfolgende habe nichts in einem Auto-Forum zu suchen, der irrt. Ohne die Grundlagen der Thermodynamik gäbe es weder Autos, die unseren Hintern bewegen, noch Heizungen, die unseren Hintern wärmen. Wir haben es hier mit einem Baum zu tun. Der Stamm des Baumes ist die Thermodynamik und an den Ästen des Baumes hängen (u.a.) Verbrennungsmotoren, Wärme-Kraftwerke, das echte Wetter und Klima (draußen) und auch die Wärmepumpen. Wir befinden uns aktuell am Anfang des Winters und unsere Gas-Speicher sind Ende Dezember 25 nur noch zu etwa 60% gefüllt.
      Damit befinden wir uns -- ohne Übertreibung -- an der Schwelle zum Versorgungs-Notstand.
      Statt Panik zu verbreiten, möchte ich die Gelegenheit beim Schopfe packen und ein paar Scheite Basis-Wissen ins absterbende Feuer werfen....das wärmt möglicherweise nicht nur den Hintern sondern erhellt auch den Verstand.

      Ich bin vom alten Schlag. Ich habe mir Wissen noch zu Fuß angeeignet. Dieses Wissen befindet sich auf der eigenen Festplatte und wurde nicht an eine ´Cloud´ ausgelagert. Meine Referenz ist die Welt, so wie sie ist. Wenn man mit beiden Beinen auf dem Boden konkreter Verhältnisse steht, dann wird einem schnell klar, wenn einem das Internet mal wieder durchformatierten Bullshit ins Ohr säuselt. In der praktischen Anwendung trennt sich sehr schnell die Spreu vom Weizen....
      Alles was mit der sogenannten ´Energiewende´ zu tun hat, mündet in ein Gestrüpp aus Halb-Wahrheiten -- wobei alles was die Erzählung stören könnte, ausgeblendet wird. Die ´Energiewende´ ist schlicht ein von oben verordnetes Glaubenssystem, bei dem die Grundlagen der Physik keine Rolle mehr spielen....denn schon morgen haben wir alle unsere Jesus-App, fassen uns bei den Händen und laufen übers Wasser....Hallelujah....

      Die Vorstellung, wir sollten uns für das „Klima“ oder irgendeine andere „gute Sache“ im Winter den Arsch abfrieren, erfrischt mich. Mal schauen wie weit der grüne Elan reicht, wenn wir im Winter tatsächlich in der eiskalten Bude sitzen und Eiswürfel pinkeln.....genau dann schlägt die Stunde aller grünen Jungs und Mädels, die immer ganz genau wissen, wie unsere Zukunft schon morgen auszusehen hat. Leider wird der Energie-Notstand an der Generation „Klima“ glatt vorbeilaufen. Schade eigentlich. Flächendeckender Blackout und ausgekühlte Winterbacken wären die erste umfassende Konfrontation mit der Außen-Welt gewesen -- alles life und unplugged. Wer am Gestühl festgefroren ist, der braucht sich auch nicht mehr am Asphalt festzukleben....all in one....eine tolle Lektion in Sachen ´Leben-aus-erster-Hand´ für die Insassen der Mickey-Maus-Smartphone-Gummizelle....
      Genau jene, die uns irgendeine Scheiße einbrocken, vermeiden jede Konfrontation mit der Wirklichkeit und finden immer einen Weg, damit der eigene Hintern im Warmen bleibt.
      Das Internet verballert jährlich soviel Energie, wie der globale Flugverkehr in seinen besten Zeiten....scheint aber keinen zu jucken. Niemand will auf das Internet verzichten. „Klima“ bedeutet halt, daß man sich immer in einem fest vorgegebenen Korridor bewegt.
      Am Donnerstag mit dem Billigflieger nach London, am Freitag für das „Klima“ auf die Straße gehen und an den anderen Tagen online angesagte Klamotten bestellen, die um den halben Erdball gekarrt werden -- null Problemo. Der große ökologische Selbstbeschiß ist fest in die Gegenwarts-Kultur eingebaut..........und davon profitieren Wirtschafts-Eliten.

      CO2 ist die perfekte Währung im „Klima“-Zeitalter, um das Volk in voller Breite zur Ader zu lassen. Strom-Konzerne spielen das CO2-Spiel auf ihre Weise und folgen dem Motto:

      Male aufs Fähnchen CO2, dann schwenke das Fähnchen -- wir sind dabei ! ! !


      Früher haben sich die Stromkonzerne an die Atomkraft geklammert. Nun haben sie „grüne Energie“ für sich entdeckt, weil die Leute bereit sind, jeden Preis dafür zu bezahlen.
      Hinter der perfekt orchestrierten „Klima“-Agenda werkelt ein gut geöltes Geschäftsmodell. „Klima“ ist dritter Weltkrieg ohne Weltkrieg....ein minutiös geplanter Radikal-Umbau aller Infrastrukturen weltweit. Dabei geht es keine Sekunde um das CO2 in der Atmosphäre, sondern allein um das CO2 in den Köpfen der Leute.
      Weil die „Klima“- Agenda hinter dem Zeitplan zurückliegt, wird nun ein kriegerischer Konflikt nach dem anderen gezündet. Man will die Weltbevölkerung auf Trab bringen und zugleich radikal zur Ader lassen -- sowohl im finanziellen als auch im körperlichen Sinne des Wortes. Die ruhigen Zeiten in relativem Wohlstand sind endgültig vorbei. Die Ampel ist umgesprungen und nun lautet die Global-Direktive:
      Wir müssen die Welt verbessern....mit großen Schlachtermessern....

      Zurück zum eigentlichen Thema:
      Wer nix weiß muß alles glauben. Die E-Wärmepumpe und das E-Auto sind im Umfeld systematischer Indoktrination nach oben gerülpst worden. „Klima“ ist bei dieser Show der ultimative Angst-Köder, damit die Leute brav das machen, was man ihnen vor-schreibt. Das ist die hohe Schule des betreuten Denkens.
      Jene Welt, die wir zu kennen glauben, ist immer eine Vorstellung im Kopf. Mir geht es darum, den Leuten Basiswissen zu vermitteln, damit die Sicht auf die Dinge an der Basis breiter wird. Echtes Verständnis für Zusammenhänge schafft mehr Spielraum bei der persönlichen Entscheidungsfindung. Die Leute können glauben was sie wollen, doch die Physik des täglichen Lebens wird von niemandem außer Kraft gesetzt. Wer die Grundlagen konkreter Wirklichkeit ausklammert, der lernt es halt später auf die harte Tour.


      Thermodynamik zum Anfassen

      Gase

      Im leeren Weltraum gibt es weder Wärme noch Kälte. Dort gibt es nur Strahlung. Erst wenn Strahlung mit Materie wechselwirkt, entsteht Wärme. Wärme ist Energie, die von Materie aufgenommen worden ist. Wärme ist immer an Materie gebunden. Beginnen wir mit dem gasförmigen Zustand. Dazu stellen wir uns kurzerhand ein großes leeres Aquarium (mit Deckel) vor:
      Der Boden des Aquariums wird durch eine Rüttelplatte gebildet. Nun füllen wir das leere Aquarium zu einem Viertel mit Pingpong-Bällen. Wird die Rüttelplatte eingeschaltet, dann fliegen die Pingpong-Bälle wild im Aquarium herum....ping-pong-ping-pong-ping-pong....

      Bei einem Gas (wie z.B. der uns umgebenden Luft) verhält es sich ähnlich, auch wenn wir das Herumschwirren der Gasteilchen nicht sehen können. Die Gasteilchen fliegen herum, stoßen ständig zusammen und verteilen sich gleichmäßig im Raum. Das Aquarium-Modell hat allerdings seine Schwächen: schalten wir die Rüttelplatte aus, dann fallen alle Bälle zu Boden und bleiben dort liegen. In unserer Welt dagegen fallen die Gasteilchen niemals zu Boden, sondern schwirren weiter herum -- wäre es anders, dann würde uns bei großer Kälte der Himmel auf den Kopf fallen.
      Erst am absoluten Nullpunkt (-273 Grad Celsius) bewegen sich auch die Gasteilchen nicht mehr hin und her. Doch den absoluten Nullpunkt können wir niemals erreichen. In unserer Welt sind die Teilchen immer in Bewegung, auch wenn wir die Wärme-Bewegung nicht sehen können -- wir können sie aber spüren. Je schneller sich die Teilchen hin und her bewegen, um so höher ist die Temperatur, die wir am eigenen Leibe spüren und mit einem Thermometer auch messen können.

      Wärme ist die Mikro-Bewegung von Materie (Materie-Teilchen). Wenn wir beim Gas im Aquarium bleiben, dann entspricht die im Aquarium enthaltene Wärmemenge der (mittleren) Bewegungs-Energie jedes einzelnen Gasteilchens, multipliziert mit der Anzahl der Teilchen im Aquarium....und das sind verdammt viele Teilchen. Um den Energie-Inhalt im Aquarium abschätzen zu können, nutzen wir ein Thermometer.
      Die Temperatur sagt uns indirekt, wie schnell sich die Teilchen im Moment gerade bewegen. Man spricht dann auch vom Wärme-Inhalt bzw. von der Wärme-Menge. Wärme und Temperatur sind zwei verschiedene Paar Schuhe, die allerdings an den Schnürsenkeln miteinander verknotet sind.

      Jeder von uns ist ein Thermometer auf zwei Beinen. Wenn wir uns in einem geheizten Raum aufhalten, dann fühlt sich das vollkommen anders an, als wenn wir bei Frost rausgehen und in den Schnee pinkeln (....eine Stange Wasser in die Ecke stellen....). „Beißende Kälte“ bedeutet, daß uns die eiskalte Luft (da draußen) große Mengen Wärme aus dem Körper zieht....weil Körperwärme permanent an die kalte Umgebung abgegeben wird....
      Wärme fließt vom Warmen zum Kalten....ist einfach so....Thermo-Dynamik....

      Mir geht es hier nicht um naturwissenschaftlich exakte Formulierungen. Ich spiele gezielt mit Vorstellungs-Bildern, damit auch ein Laie nachvollziehen kann, worum es geht. Der Leser soll das Thema packen können....um sich später vom Thema packen zu lassen. Hat der staunende Leser erst einmal den Fuß in der Tür, dann öffnet sich die Tür später von ganz alleine. Deswegen beschreibe ich alles so anschaulich und so handgreiflich wie nur irgend möglich.
      Ende Teil 1.

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      Fortsetzung 1

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      Flüssigkeiten und Feststoffe

      Wärme ist Energie, die von Materie direkt aufgenommen worden ist. Wird Wärme von einem Gas aufgenommen, dann fliegen die Gasteilchen immer schneller in der Gegend herum. Doch wie verhält es sich nun bei einer Flüssigkeit?
      Kehren wir nochmal zu unserem Aquarium zurück und regeln die Rüttelplatte soweit herunter, daß die Rüttelplatte nur noch sachte vor sich hin brummt. Nun fliegen die Bälle nicht mehr wild in der Gegend herum, sondern liegen alle am Boden und vibrieren sachte vor sich hin.
      Diese relativ schwache Bewegung entspricht andeutungsweise der Wärme-Bewegung in einer Flüssigkeit. Nun liegen die Teilchen dicht beieinander, können sich aber noch aneinander vorbei bewegen....das macht eine Flüssigkeit zur Flüssigkeit.

      Und wie ist es nun bei einem Feststoff?

      Dazu kaufen wir eine große Kiste Mohrenköppe (oder Negerküsse oder (politisch korrekt) Schoko-Schaumteile mit Migrations-Hintergrund). Im Karton wird jede Schoko-Schaum-Kugel von den anderen Kugeln durch ein Papp-Gitter getrennt. Außerdem liegt zwischen jeder Lage ein Pappdeckel. Nun ist jede Schaumkugel von den anderen getrennt. Stellen wir uns vor, daß auf der Rüttelplatte nur noch eine Lage Bälle liegt und daß jeder Ball durch ein Papp-Gitter vom Nachbar-Ball getrennt worden ist, dann haben wir ein recht klares Bild von den Eingeweiden eines Feststoffes.
      In Feststoffen gibt es ein Raumgitter. Dieses Raumgitter sorgt dafür, daß sich die Teilchen nur noch in ihrem Nest um ihren eigenen Mittelpunkt bewegen können. Feststoff-Teilchen können nur noch um ihren Mittelpunkt schwingen, aber sie können sich nicht mehr aneinander vorbeischieben -- das Festliegen im Raumgitter macht einen Stoff fest.
      Ganz nebenbei sind Kugeln im Raumgitter ein gutes Sinn-Bild für die Situation des modernen Menschen, der in einer winzigen Raum-Parzelle eingesperrt wird und sich kaum noch bewegen kann....weil er sich nur nach vorgegebenen Regeln bewegen soll und darf. Der individuelle Lebens-Spielraum innerhalb der Gesellschaft(en) wird uns zugewiesen....dieser persönliche Spielraum wird immer enger....


      Verhalten von Flüssigkeiten und Feststoffen

      Wenn die Teilchen in Flüssigkeiten und Feststoffen wärmer werden, schwingen sie immer heftiger hin und her....Erwärmung kann man sich hier so vorstellen, daß die Teilchen die Ellenbogen ausfahren und sich gegeneinander stemmen. Beim Ausfahren der Ellenbogen werden gewaltige Kräfte frei, die mit unglaublicher Kraft nach außen drücken.
      Deswegen hat beispielsweise ein wassergekühlter Motor ein Ausdehnungsgefäß. Die thermische Ausdehnung des Kühlmittels könnte (theoretisch) den Motor zum Platzen bringen, gäbe es keine Kühlmittelschläuche, die sich ebenfalls dehnen können. Der Wasserdruck weicht dorthin aus, wo der Widerstand am geringsten ist -- das sind beim Motor die Gummischläuche und der Ausgleichsbehälter.
      Aus dem gleichen Grund gibt es auch in jedem Heizungskeller Ausdehnungsgefäße, die die Ausdehnung der erwärmten Flüssigkeiten aufnehmen....denn in Heizungsanlagen gibt es keine Gummischläuche. Gäbe es hier keine Ausdehnungsgefäße und kein Überdruck-Ventil, dann würden als erstes die Rohre platzen -- was übrigens auch dann passiert, wenn Wasser einfriert. Wasser dehnt sich nicht nur beim Erwärmen sondern auch beim Einfrieren aus....das bringt nicht nur Wasserleitungen sondern auch Motorblöcke zum Platzen -- wenn kein Frostschutz im Motor ist. Wird das Wasser im Motor fest, dann kann es nicht mehr ausweichen und drückt den Motorblock auseinander. Eis hat eine geringere Dichte als Wasser. Weil sich Wasser beim Einfrieren ausdehnt, können Eisberge schwimmen.

      In Flüssigkeiten und Feststoffen liegen die Teilchen so dicht beieinander, daß sie sich auch unter hohem Druck kaum zusammenpressen lassen. Flüssigkeiten und Feststoffe gelten als ´inkompressibel´. Wenn sich im Motor ein Zylinder mit Flüssigkeit füllt, dann kann es zum sogenannten ´Hydro-Lock´ kommen. Der Kolben verdichtet solange, bis nur noch die Flüssigkeit übrig ist....dann knallt der Kolben auf die Flüssigkeit wie gegen eine Betonwand....meistens verbiegt sich dann das Pleuel und der Motor ist erstmal hinüber.

      Gas-Kompression

      Was passiert nun, wenn wir ein Gas komprimieren ?
      Wärme ist Energie. Hat die Luft in einem Raum eine bestimmte Temperatur, dann enthält jeder Liter Raumluft eine ganz bestimmte Wärmemenge (d.h. eine bestimmte Anzahl Gasteilchen, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit hin und her bewegen). Wenn wir einen Liter Raumluft zusammenpressen, dann verdichten wir die vorhandene Wärme. Die gleiche Anzahl Gasteilchen mit einer gegebenen Bewegungs-Energie, wird in einem kleineren Raum zusammengequetscht. Damit wird die vorhandene Wärme-Energie auf engem Raum konzentriert. Das hat zur Folge, daß es in dem kleineren Raum verdammt heiß wird.
      Ein bekanntes Beispiel für diesen Effekt ist ein Diesel-Motor. Im Dieselmotor wird Luft etwa auf ein Zwanzigstel ihres Ausgangs-Volumens zusammengequetscht....die Luft erhitzt sich dabei auf 700 bis 800 Grad....heiß genug, damit sich der eingespritzte Kraftstoff von alleine entzündet.
      Bei 20 Grad Außen-Temperatur funktioniert das sehr gut, weil ausreichend Wärme in der Außen-Luft enthalten ist. Hat die Außen-Luft jedoch unter null Grad, dann ist nicht genug Wärme-Energie in der Außen-Luft enthalten. In der Folge erhitzt sich die komprimierte Luft nur auf 400 bis 500 Grad. Das reicht nicht mehr aus, um den Kraftstoff zu zünden....deswegen muß bei Frost vorgeglüht werden. Wird der Motor nach dem Start wärmer, dann erwärmt sich im Motor auch die angesaugte Kalt-Luft und der Selbstzünder funktioniert wie er soll. Im Winter läuft ein Dieselmotor sogar besonders gut, weil kalte Luft dichter ist und mehr Sauerstoff enthält. Beim Diesel mit Turbolader und Ladeluftkühler ist der Drehmoment-Zuwachs bei Frost-Luft deutlich spürbar. Andererseits läuft ein Diesel mit eiskalter Luft etwas rauer als bei milden Außen-Temperaturen.

      Wärmepumpen

      Eine Wärmepumpe (WP) arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Bei einer WP wird ebenfalls die Wärme, die in der Außenluft steckt, komprimiert bzw. konzentriert -- ähnlich wie beim Dieselmotor. Als Wärme-Übertragungs-Medium verwendet man allerdings ein Gas, das sich beim Zusammenpressen leicht verflüssigen läßt....denn beim Übergang vom Gas zur Flüssigkeit, wird viel Wärme auf einen Schlag frei....weil die Bewegung der Gas-Teilchen beim Verflüssigen nahezu auf null heruntergebremst wird. Die Bewegungs-Energie der Gas-Teilchen wird beim Verflüssigen als Wärme frei....
      Kondensation ist der Turbo-Booster in einer Wärmepumpe, weil dadurch der Wärme-Umschlag pro Zyklus stark erhöht wird.

      Grob vereinfacht komprimiert eine Wärmepumpe die Außenluft, konzentriert dadurch die Wärme und pumpt sie in die Bude. Ein gutes Wärme-Übertragungs-Mittel ist dabei das gute alte Propan. Ein Kompressor preßt das Propan zusammen, bis es flüssig wird. Dabei wird viel Wärme auf einen Schlag abgegeben (z.B. an eine Heizung). Das verflüssigte Gas wird im Anschluß durch eine Drossel gejagt. Fängt die Drossel an zu zwitschern, dann wird es frisch im Gelände -- kleiner Wort-Witz, der für Entspannung sorgen soll. Mach es wie das Gas hinter der Drossel und entspanne dich mal richtig....

      Hinter der Drossel (einer extremen Engstelle) fällt der Druck ab....das verflüssigte Gas entspannt sich, dehnt sich aus und wird wieder zum Gas....ein ähnlicher Effekt, wie wenn man Benzin oder Alkohol auf die Hand schüttet....die Flüssigkeit verdunstet und die Hand wird eiskalt. Warum? Wenn eine Flüssigkeit verdampfen soll, braucht es dafür viel Wärme-Energie. Die Wärme-Energie wird benötigt, damit sich die Teilchen der Flüssigkeit wieder voneinander lösen und zu herumfliegenden Gas-Teilchen werden. Wenn eine Flüssigkeit zum Gas wird (verdampft), dann wird die dafür benötigte Wärme-Energie der Umgebung entrissen....in der Umgebung wird es dann kälter.
      Genau das passiert bei einer Wärmepumpe im Verdampfer....das ist dieser Kasten, der bei vielen Neubauten im Vorgarten steht. Der Verdampfer entzieht der Außenluft Wärme, damit der Stoff in der Leitung verdampfen kann. Beim Verdampfen entreißt das Wärme-Transport-Mittel (z.B. Propan) der Außenluft reichlich Wärme, die dann im Anschluß (beim erneuten Verdichten und Verflüssigen) an den Innenraum abgegeben wird. Wenn man es mal verstanden hat, ist eine Wärmepumpe an der Basis nicht komplizierter aufgebaut als ein Verbrennungs-Motor....nur daß die Thermodynamik hier anders herum genutzt wird.
      Unterschiedliche Stoffe zeigen unterschiedliches Verhalten gegenüber sich verändernden Drücken und Temperaturen. Warum das so ist, weiß keiner so wirklich....man nimmt es halt zur Kenntnis und nutzt es für praktische Zwecke.

      Mal ganz locker betrachtet, schleppt eine Wärmepumpe eimerweise Wärme-Energie von draußen nach drinnen....und dann wird es warm in der Bude. Eine Wärmepumpe kann allerdings nicht zaubern, sie muß die Wärme, die sie in die Bude pumpt, irgendwo herbekommen....sie holt sich die Wärme aus der Außen-Luft. Je mehr Wärme-Energie in der Außen-Luft enthalten ist (je wärmer es draußen ist), um so mehr Wärme kann pro Umlauf-Zyklus an den Innenraum abgeben werden. Wird es draußen kälter, dann muß die Wärmepumpe länger schuften, um die gleiche Wärmemenge an den Innenraum zu liefern -- von nix kommt halt nix. Ende Teil 2


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